курсач. Математическое моделирование движения вагонацистерны модели 159545 с целью оценки его динамических качеств
 Скачать 1.33 Mb.
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I»  Кафедра: «Вагоны и вагонное хозяйство» КУРСОВАЯ РАБОТА по курсу «Современные методы моделирования динамики вагонов» на тему: «Математическое моделирование движения вагона-цистерны модели 15-9545 с целью оценки его динамических качеств» Выполнил студент группы …..: Василенко Д.Н. Проверил: доцент, к.т.н. Саидова А.В. Санкт-Петербург 2021 СодержаниеВведение 3 1. Исходные данные для расчета 4 2. Описание математической модели 6 3. Анализ динамических качеств вагонов 9 Заключение 13 Библиографический список 14 ВведениеКурсовой проект выполнен с целью оценки динамических качеств вагон-цистерна модели 15-9545, установленного на тележку 18-9855 с осевой статической нагрузкой 25 т/ось. Оценка динамических качеств выполнялась для вагона в груженом состоянии. Оценка динамических качеств велась в соответствии с ГОСТ 33211-14 [1], а именно оценивались показатели: боковое ускорение обрессоренных частей, в долях от ускорения свободного падения; вертикальное ускорение обрессоренных частей, в долях от ускорения свободного падения; коэффициент динамической добавки необрессоренных частей; коэффициент динамической добавки обрессоренных частей; отношение рамной силы к статической осевой нагрузке; минимальный коэффициент запаса устойчивости от схода колеса с рельса. 1. Исходные данные для расчетаДля исследования динамических качеств грузового вагона выбран вагон-цистерна модели 15-9545. Общий вид вагона представлен на рисунке1.  Рисунок 1 - вагон-цистернаа 15-9545 Вагон модели 15-9545 предназначен для перевозки серной кислоты Вагон установлен на тележки модели 18-9855. Общий вид тележки представлен на рисунке 2.  Рисунок 2 – Тележка модели 18-9855 Геометрические параметры кузова вагона, тележки и пути представлены в таблице 1. Таблица 1 - Геометрические характеристики вагона и пути
Массовые характеристики кузова и составных частей тележки представлены в таблице 2. Таблица 2 - Массовые характеристики тел модели
Параметры узлов тележки представлены в таблице 3. Таблица 3 - Параметры узлов тележки модели 18-9855
2. Описание математической моделиМатематическое моделирование движения вагона производилось с использованием программного комплекса MEDYNA. Для расчета была использована нелинейная математическая модель. Модель, разрабатываемая в программном комплексе MEDYNA, имеет следующие особенности: - отсчетная система координат (далее по тексту ОСК) считается движущейся вместе с вагоном вдоль пути; - положение начала ОСК выбирается лежащим в плоскости пути на его продольной оси симметрии и в центре продольной оси симметрии вагона; - ось Z в ОСК направлена вниз, ось X - вдоль пути по направлению движению вагона, ось Y направлена «вправо». Для формирования расчетной схемы вагон был представлен системой из 23-х тел, связанных между собой с помощью 62-х связей. Для каждого тела были заданы координаты положения его центра масс в ОСК, а также координаты узловых точек локальной системы координат. В модели использовались следующие типы связей, соответствующие номерам из каталога элементов связей программного комплекса MEDYNA. - элемент №13- сферический шарнир, позволяющий разрешать (задается 1) или запрещать (задается 0) линейные и угловые перемещения для трех направлений; - элемент №21 - нелинейный элемент контакта колесо-рельс, требующий задания координат оси колеса, профиля колеса, положения начала отсчета для профиля колеса, профиля рельса, положения начала отсчета для профиля рельса, положения координаты профиля колеса, при которой происходит переход от зоны поверхности катания к зоне гребня колеса, коэффициента трения на гребне, модуля сдвига и коэффициента Пуaccoна для материала колеса, коэффициента трения на поверхности катания; - элемент №61- пространственный упругодемпфирующий элемент, реализующий жесткости и демпфирование для трех направлений перемещения и трех направлений поворота; кроме жесткостей и коэффициентов вязкого трения, требует задания фактора положения условной точки на длине связи (например, если условная точка расположена в середине связи, то задают 0,5); - элемент №74- элемент, позволяющий описывать нелинейную характеристику жесткости демпфирования в одном из направлений перемещения, которая задается через зависимость силы (ординаты) от перемещения (абсциссы). Принято, что к точкам, которые соединяет элемент, он прикреплен шарнирно и направление его действия всегда совпадает с линией, проведенной между точками прикрепления; - элемент №80 -элемент-упор, реализующий зазоры и их замыкание, требует задания значений зазоров (свободного хода) в трех направлениях перемещения, жесткости и коэффициентов демпфирования в трех направлениях, включающихся в работу после замыкания зазоров; - элемент №298- нелинейный элемент, описывающий работу сил сухого трения в двух направлениях, переменное прижатие и наличие ограничителя хода; требует задания жесткостей связи на сжатие и на сдвиг,коэффициента трения до замыкания зазора, направлений действия силы трения и силы прижатия, величины зазора в направлении действия силы прижатия, жесткости на сжатие и коэффициента трения после замыкания зазора, коэффициента вязкого трения, величины зазора в направлении действия силы трения, жесткости на сдвиг после замыкания зазора. Расчетная схема вагона с номерами тел и номерами связей представлена на рисунке 3. Моделирование выполнялось по аналогии с разработанной в [2] моделью вагона.  Рисунок 3 – Расчетная схема грузового вагона с номерами тел (в прямоугольниках) и элементов связи (в кружках)  3. Анализ динамических качеств вагоновМоделирование движения вагона осуществляется по прямому участку пути со скоростью движения 40,90км/ч. Путь представлен в виде набора приведенных участков, расположенных под каждой колесной парой. Горизонтальные и вертикальные неровности рельсовых нитей по РД 32.68-96 «Расчетные неровности железнодорожного пути для использования при исследованиях и проектировании пассажирских и грузовых вагонов» были отмасштабированы для соответствия ЦП-774 «Инструкции по текущему содержанию железнодорожного пути», чтобы отступления по ширине колеи, уровню и просадкам не превышали II степень. Результаты расчета динамических качеств вагона приведены в таблице 4 и на рисунках 4-7. В расчетах учитывается, что статическая осевая нагрузка составляет 245,2 кН, нагрузка на рессорный комплект –224 кН, на шейку оси колесной пары –115,2 кН. Таблица 4 – Результаты расчета динамических качеств груженого вагона-цистерны на прямом участке пути
 Рисунок 4 - Отношение рамной силы к статической осевой нагрузке (первая колесная пара) при скорости 90 км/ч  Рисунок 5 - Коэффициент динамической добавки обрессоренных частей (первая тележка, правая сторона) при скорости 90 км/ч Рисунок 6 - Коэффициент динамической добавки необрессоренных частей (первая тележка, правая сторона) при скорости 90 км/ч  Рисунок 7 - Осциллограмма коэффициента запаса устойчивости от схода колес с рельсов при скорости 90 км/ч  Рисунок 8 - Максимальное вертикальное ускорение на пятнике кузова при скорости 90 км/ч  Рисунок 9 - Максимальное боковое ускорение на пятнике кузова при скорости 90 км/ч ЗаключениеВ работе исследованы динамические качества вагона-цистерны модели 15-9545 при его движении по прямому участку пути со скоростями 40, 90 км/ч. Анализа результатов расчета показал, что показатели динамических качеств вагона соответствуют требованиям ГОСТ 33211-2014. Превышение нормативных значений показателей ходовых качеств при движении вагон-цистерна модели 15-9545 со скоростями 40, 90 км/ч не наблюдается. Максимальное отношение рамной силы к статической осевой нагрузке не превышает допустимые значения: максимум наблюдается при скорости 90 км/ч (0,08), что соответствует оценке «отлично», минимум - при скорости 40 км/ч (0,23), что соответствует оценке «хорошо». Максимальный коэффициент динамической добавки обрессоренных частей при скорости движения 40, 90 км/ч не превышают допустимых значений, соответствуют оценке «отлично». Максимальные вертикальные ускорения при скоростях 40,90км/ч не превышают допустимые значения, соответствуют оценке «допустимые». Максимальные боковые ускорения не превышают нормативных значений. Максимальный коэффициент динамической добавки необресорренных частей не превышает допустимые значения, соответствует оценке «хорошо». Библиографический списокГОСТ 33211-2014 Вагоны грузовые. Требования к прочности и динамическим качествам Требования к динамическим качествам грузовых вагонов и методы их подтверждения: учебное пособие / А.М. Орлова, В.С. Лесничий, Е.А. Рудакова, А.Н. Комаров, А.В. Саидова. – СПб.: ФГБОУ ВПО ПУГПС, 2014.-51 с. Орлова А.М. Щербаков Е.А. конструктивные особенности тележек моделей 18-9810 и 18-9855 / Орлова А.М. Щербаков Е.А. // Вагонный парк. – 2011. – Вып. №6. – С.48-50. Лесничий В.С., Орлова А.М. Компьютерное моделирование задач динамики железнодорожного подвижного состава. В 3ч. Ч. 1 Основы моделирования в программном комплексе MEDYNA: учебное пособие / Лесничий В.С., Орлова А.М. - Санкт-Петербург: ПГУПС, 2001,-34с. MEDYNA / ArgeCare,Computer Aided railway Engineering: Руководствопользователя/ подред. Ю.П Бороненко.- Санкт-Петербург: НВЦ «Вагоны»,1997.-8кн. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||